小行星撞击探秘

任大力

地球遭受的各种天灾中要数小行星撞击造成的危害最甚。历史上，地球已经历过若干次小行星撞击带来的浩劫。许多科学家认为，正是这种撞击使地球上大批物种灭绝。

对小行星撞击的研究于1980年取得突破。当年，诺贝尔物理学奖获得者卢斯·阿尔瓦雷斯与儿子——地质学家瓦尔特对形成于白垩纪和第三纪间，也就是今天众所周知的K—T界面的岩石层中所夹的薄泥层做了深入研究。他们发现，该泥层中含有高品位的铱，即一种在陨星上很常见而地球上极稀有的化学元素。阿尔瓦雷斯推测，在白垩纪末期，一颗很大的小行星撞击了地球，使全球尘埃弥漫，遮天蔽日达数月之久。而当太阳终于又露面时，其照耀的是一个恐龙业已绝迹的世界。

1991年，一些地质学家在距墨西哥尤卡坦海滨不远处发现了一处被淹没了的陨石坑，并认为其很可能是灾难性的K—T撞击发生处。因6500万年岁月沧桑造成的沉积物覆盖，该陨石坑的精确尺寸已难以确定。1993年9月，10位来自美国和墨西哥的科学家宣布了最新测量结果，认为该陨石坑宽300千米，比以前的估计要宽出120千米，导致该坑形成的小行星直径约16千米。当这颗小行星撞击地球时释放出约相当于2亿颗氢弹爆炸的能量。

仿佛一起撞击还不够戏剧化似的，同年，法国某研究小组又有了新的发现。他们认为，在白垩纪末期，地球上至少出现过两起撞击。研究组成员之一罗伯特·罗彻亚说，天外来客是颗很大的小行星，也可能是颗彗星。该星球进入地球大气层时一分为二，主体部分轰然砸向尤卡坦地区，余体则坠入太平洋中部。

罗彻亚及其来自法国原子能委员会的同事从K—T沉积物，包括距日本东海岸约1900千米的太平洋底钻探出的沉积物中取样，作为支持其论点的证据。从太平洋底钻探出的试样中含有直径以微米计的尘粒，这些尘粒中含磁铁矿的细微晶体和铱元素。由于晶粒精致且几乎无损，科学家认为，这些尘粒不可能是空气流从尤卡坦地区携带来的。如果它们来自尤卡坦，严酷的空中漂浮会将其晶粒形状熔磨成圆形。罗彻亚说，相反，它们很可能来自某个陨体，这个陨体则坠落在发现这些尘粒的方圆2000万平方千米海域的某处。该陨星在进入大气层时未来得及分裂破碎，主体撞击在尤卡坦一带，而余体撞击在太平洋底。

不论K—T撞击实际为多少起，对地球生物造成的后果却是灾难性的。1993年6月，两位研究人员宣布，他们发现了这种可怕后果之一的确切痕迹：一场大火曾经至少毁灭了25％的全球植物。这种全球性大火的假说是1986年首次由地球化学科学家且现在美国伊利诺斯州Wesleyan大学供职的温迪·沃尔巴克女士提出的。假说依据是她在全球许多地方的K—T沉积物中发现的烟灰。

美国哈佛大学的琳达·伊万雷和罗斯·萨拉维茨所发现的全球大火灾更微妙的证据则存在于不平常的地方——被称为有孔虫的海洋生物的显微化石壳体中。这两位科学家对来自全球8处海洋底部有孔虫壳体中含有碳同位素碳12和较稀有的碳13的比例做了考察。有孔虫生息在海洋深处并在其生长时从水中吸收碳元素。然而，由于仅能生息在照有阳光的浅海面的海藻多吸收的是碳12，故海洋浅表碳12耗量较大。因此，生息在较表层的有孔虫壳体相对生息在海洋深处的有孔虫壳体来说，含的碳12要少些，含的碳13要多些。

两位科学家考察的大多数数据均符合这种状况。但是，紧接K—T界面且生息在海洋表层的有孔虫壳体的碳同位素比例却恰恰相反：相对生息于海洋深层的有孔虫壳体来说，其含的碳12要多些，含有碳13却要少些。这种情况表明，6500万年前，全球海洋表层突然间碳12含量猛增。

萨拉维茨认为，对这一现象的最可信的解释是全球出现了一次大火，而这场大火很有可能是小行星撞击引起，而将陆地植物中含的约1250亿吨碳12释放到大气层中。数年后，这些碳元素溶入海洋表层并被有孔虫吸收。萨拉维茨说：“如果您问需烧毁多少植物才能使大气中增加这么多碳12，答案是，得烧毁占当时地球生物总量的1／4。”

尽管K—T撞击是那样引人瞩目和极具灾难性，但与卢克·多恩斯和斯科特·特里梅因说的发生于40亿年前的行星大相撞相比则是小巫见大巫了。卢克·多恩斯是位于美国加利福尼亚州的NASA艾姆斯研究中心的星际学科学家，斯科特·特里梅因是加拿大理论行星物理研究所所长。他俩认为，地球正是因这次与一火星大小的星体相撞才使其绕自身轴心旋转的。

多恩斯说：“长期以来，人们一直认为，地球的自转是在地球最初形成时就自然而然出现的。”但据这两位科学家所做的计算机模拟看，地球经历过的众多小撞击不会使地球明显出现转动，其原因是，这些撞击来自各个方向，其产生的作用力会相互抵消的。

从另一方面看，大的星体相撞毕竟很罕见，几乎屈指可数。这样的相撞有多大规模呢?1993年1月，科学家们宣称，地球只有在与火星大小或更大的天体相撞后才会使其快速自转。当相撞发生时，这种相撞理论则与长期流行于星际科学界的另一理论相悖：即月球是由于火星大小的星球与地球相撞导致飞往太空的碎片形成的。多恩斯认为，这种相撞既是地球自转的起因，也是月球自转的起因。他还说：“水星、金星和火星也很可能是因为大的星体相撞而出现自转的。”

甚至对最近期出现的撞击事件研究也是对科学家的挑战。1908年6月30日晨，一场相当于1200万吨TNT炸药当量的大爆炸摧毁了距通古斯河不远的西伯利亚数百平方千米的森林区。尽管该爆炸威力相当于800颗投掷在广岛的原子弹，但仍不足K—T撞击爆炸力的千万分之一。一些更为离奇的解释则将通古斯大爆炸归于飞碟爆炸或反物质陨石事件。

严谨的科学家早就注意到该地面没有撞击造成的陨石坑，故认为，摧毁力来自一颗距地面约800米的彗星爆炸，而且该天外来客不会是小行星，因为小行星的密度要高于彗星，在大气层中不会完全汽化，总有一部分要坠落地面的。

现在美国白宫供事的星际学家克里斯托弗·奇巴对该观点持有异议。奇巴及其同事对作用于彗星和小行星上的复杂的空气动态力学做了计算后得出结论，彗星只能在不会对地面造成危害的大气层高空爆炸，质量轻、含碳量高的小行星也是如此。相反，密实的、含铁量高的小行星则至少会部分完好并留下撞击陨石坑。然而，岩石般的，也就是最常见的一种小行星，会因密度恰当，造成通古斯地区那样的大爆炸。

奇巴是这样解释的：“该小行星方圆约一个足球场大，轰然穿透了大气层。一般石质小行星的运行速度为45马赫，故大气层来不及阻挡它。该小行星前端猛扎下来，其尾部则因大气层来不及补充而几乎为真空状，这样就使该星体产生了巨大的压力梯度差，而当压力超过其抗压强度时，该小行星就会碎裂开。”

奇巴说，当这颗小行星在距地面8千米高处爆炸时，会使周围空气温度上升到50 000℃，产生类似核爆炸的效应，形成一球状超热气团并以超音速扩散。该球状体的冲击波会摧毁和烧掉面积像纽约市那样大的森林区。

这样的灾难还会出现吗?人们对坚实的岩石块或冰团迟早会坠落地面很少有怀疑，1993年6月后，似乎这种坠落已为期不远了。当时，美国亚利桑纳大学和肯特峰国家观测站的科学家宣称，他们业已发现存在一条新的小行星带的证据：至少有12颗直径小于46米的新的小行星以与地球几乎相同的轨道绕太阳运行。

但是，奇巴利用其分析通古斯大爆炸的模拟计算发现，这些特殊的岩石块至少不必为之恐慌不安。地球大气层会在这些小行星接近地面造成麻烦之前使其几乎全部爆裂的。奇巴说：“我曾想弄清它们是否确是威胁物，然而结论为不是。我们不必为此忧心忡忡。毕竟，我们不会因此失去城市。”